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PCB板廠常見表麵處理工藝及其優缺點
隨著人類對於居住環境要求的不斷提高,PCB生產過程中涉及到的環境問題也越來越受到關注。尤其是鉛和溴的話題是最熱門的;
PCB表麵處理最基本的目的是保證良好的可焊性或電性能。由於自然界的銅在空氣中傾向於以氧化物的形式存在,不大可能長期保持為原銅,因此需要對銅進行其他處理。
現在有許多PCB表麵處理工藝,常見的是熱風整平、有機可焊性保護劑(OSP)、全板鍍鎳金、沉金、沉錫、沉銀、化學鎳鈀金、電鍍硬金這幾種工藝,下麵將逐一介紹
1、熱風整平(噴錫)
熱風整平工藝的一般流程為:微蝕→預熱→塗覆助焊劑→噴錫→清洗。
熱風整平又名熱風焊料整平(俗稱噴錫),它是在PCB表麵塗覆熔融錫(鉛)焊料並用加熱壓縮空氣整(吹)平的工藝,使其形成一層既抗銅氧化,又可提供良好的可焊性的塗覆層。熱風整平時焊料和銅在結合處形成銅錫金屬間化合物。PCB進行熱風整平時要沉在熔融的焊料中;風刀在焊料凝固之前吹平液態的焊料;風刀能夠將銅麵上焊料的彎月狀最小化和阻止焊料橋接。
熱風整平分為垂直式和水平式兩種,一般認為水平式較好,主要是水平式熱風整平鍍層比較均勻,可實現自動化生產。
優點:較長的存儲時間;PCB完成後,銅表麵完全的潤濕了(焊接前完全覆蓋了錫);適合無鉛焊接;工藝成熟、成本低、適合目視檢查和電測
缺點:不適合線綁定;因表麵平整度問題,在SMT上也有局限;不適合接觸開關設計。噴錫時銅會溶解,並且板子經受一次高溫。特別厚或薄的板,噴錫有局限,生產操作不方便。
2、有機可焊性保護劑(OSP)
一般流程為:脫脂-->微蝕-->酸洗-->純水清洗-->有機塗覆-->清洗,過程控製相對其他表明處理工藝較為容易。
OSP是印刷電路板(PCB)銅箔表麵處理的符合RoHS指令要求的一種工藝。 OSP是Organic Solderability Preservatives的簡稱, 中譯為有機保焊膜,又稱護銅劑,英文亦稱之Preflux。 簡單地說,OSP就是在潔淨的裸銅表麵上,以化學的方法長出一層有機皮膜。這層膜具有防氧化,耐熱衝擊,耐濕性,用以保護銅表麵於常態環境中不再繼續生鏽 (氧化或硫化等);但在後續的焊接高溫中,此種保護膜又必須很容易被助焊劑所迅速清除,如此方可使露出的幹淨銅表麵得以在極短的時間內與熔融焊錫立即結合 成為牢固的焊點。
優點:製程簡單,表麵非常平整,適合無鉛焊接和SMT。易返工,生產操作方便,適合水平線操作。板子上適合多種處理並存(比如:OSP+ENIG)。成本低,環境友好。
缺點:回流焊次數的限製 (多次焊接厚,膜會被破壞,基本上2次沒有問題)。不適合壓接技術,線綁定。目視檢測和電測不方便。SMT時需要N2氣保護。SMT返工不適合。存儲條件要求高。
3、全板鍍鎳金
板鍍鎳金是在PCB表麵導體先鍍上一層鎳後再鍍上一層金,鍍鎳主要是防止金和銅間的擴散。現在的電鍍鎳金有兩類:鍍軟金(純金,金表麵看起來不亮)和鍍硬金(表麵平滑和硬,耐磨,含有鈷等其他元素,金表麵看起來較光亮)。軟金主要用於芯片封裝時打金線;硬金主要用在非焊接處的電性互連。
優點:較長的存儲時間>12個月。適合接觸開關設計和金線綁定。適合電測試
弱點:較高的成本,金比較厚。電鍍金手指時需要額外的設計線導電。因金厚度不一直,應用在焊接時,可能因金太厚導致焊點脆化,影響強度。電鍍表麵均勻性問題。電鍍的鎳金沒有包住線的邊。不適合鋁線綁定。
4、沉金
一般流程為:脫酸洗清潔-->微蝕-->預浸-->活化-->化學鍍鎳-->化學浸金;其過程中有6個化學槽,涉及到近百種化學品,過程比較複雜。
沉金是在銅麵上包裹一層厚厚的、電性良好的鎳金合金,這可以長期保護PCB;另外它也具有其它表麵處理工藝所不具備的對環境的忍耐性。此外沉金也可以阻止銅的溶解,這將有益於無鉛組裝。
優點:不易氧化,可長時間存放,表麵平整,適合用於焊接細間隙引腳以及焊點較小的元器件。有按鍵PCB板的首選(如手機板)。可以重複多次過回流焊也不太會降低其可焊性。可以用來作為COB(Chip On Board)打線的基材。
缺點:成本較高,焊接強度較差,因為使用無電鍍鎳製程,容易有黑盤的問題產生。鎳層會隨著時間氧化,長期的可靠性是個問題。
5、沉錫
由於目前所有的焊料都是以錫為基礎的,所以錫層能與任何類型的焊料相匹配。沉錫工藝可以形成平坦的銅錫金屬間化合物,這個特性使得沉錫具有和熱風整平一樣的好的可焊性而沒有熱風整平令人頭痛的平坦性問題;沉錫板不可存儲太久,組裝時必須根據沉錫的先後順序進行。
優點:適合水平線生產。適合精細線路處理,適合無鉛焊接,特別適合壓接技術。非常好的平整度,適合SMT。
缺點:需要好的存儲條件,最好不要大於6個月,以控製錫須生長。不適合接觸開關設計。生產工藝上對阻焊膜工藝要求比較高,不然會導致阻焊膜脫落。多次焊接時,最好N2氣保護。電測也是問題。
6、沉銀
沉銀工藝介於有機塗覆和化學鍍鎳/沉金之間,工藝比較簡單、快速;即使暴露在熱、濕和汙染的環境中,銀仍然能夠保持良好的可焊性,但會失去光澤。沉銀不具備化學鍍鎳/沉金所具有的好的物理強度因為銀層下麵沒有鎳。
優點:製程簡單,適合無鉛焊接,SMT。表麵非常平整、成本低、適合非常精細的線路。
缺點:存儲條件要求高,容易汙染。焊接強度容易出現問題(微空洞問題)。容易出現電遷移現象以及和阻焊膜下銅出現賈凡尼咬蝕現象。電測也是問題
7、化學鎳鈀金
化學鎳鈀金與沉金相比是在鎳和金之間多了一層鈀,鈀可以防止出現置換反應導致的腐蝕現象,為沉金作好充分準備。金則緊密的覆蓋在鈀上麵,提供良好的接觸麵。
優點:適合無鉛焊接。表麵非常平整,適合SMT。通孔也可以上化鎳金。較長的存儲時間,存儲條件不苛刻。適合電測試。適合開關接觸設計。適合鋁線綁定,適合厚板,抵抗環境攻擊強。
8、電鍍硬金
為了提高產品耐磨性能,增加插拔次數而電鍍硬金。
PCB的表麵處理工藝方麵的變化並不是很大,好像還是比較遙遠的事情,但是應該注意到:長期的緩慢變化將會導致巨大的變化。在環保呼聲愈來愈高的情況下,PCB的表麵處理工藝未來肯定會發生巨變。
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